声学基础与常识 ppt课件

精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
声音三要素
响度：人耳对于声音强弱的感觉，称为响度。声音的响度主要与声压有关，声压越大，响度也就越大。但是，响度与 声压并不是成线性比例关系，而是大致与声压的指数成比例关系。响度的这一听觉特性被称为“史蒂文指数定律”。 响度是个主观量，是声压的主观量，1kHz时的声压级定义为响度级，单位是“方”。人耳对声音强弱的感觉不是一根 线的，当响度级每增加10方时，我们人耳听到的响度加倍。人耳听觉特性的研究表明，刺激量（声压）增加为指数方 式，感觉量（响度级）增加为差数方式。这是耳膜的自动保护机制。 声压级是一个物理量，并不完全能反映人对声音强弱的感受，而响度则是心理学中用于衡量衡量这种感受的心理量。 具体的定义可以参考维基百科：Loudness。响度级与声压级并非线性关系。响度级的计算模型请参考：ISO/WD 532-1。 在ISO-532中描述了两种响度计算方法，两种方法都需要分带计算（将声音的不同频率成分分别考虑），第一种方法是 Steven在1956年的论文The Mesurement of Loudness中提出的，是一种并不复杂的计算模型；第二种是Zwicker提出的， 大概方法是分频带的查表计算。
以一个57dB、2KHz的纯音测试响度级随着持续 时间的变化特性，可以得到响度级和持续时间的关 系，如右图所示。
当持续时间大于100ms的时候，响度级基本保 持在60方；当持续时间小于100ms时，响度级随着 持续时间以大约每10倍时间10方的斜率下降：当持 续时间从100ms下降到10ms的时候，响度级大约从 56方下降到46方。其他频率信号测试结果也类似。 所以，当人耳听到一个短促的脉冲声时，如果强度 不变，长度由1ms变为2ms，则听起来不是声音的 长度变了，而是更响了。因此，当人耳倾听频度超 过一定值的一系列脉冲声时，并不能感觉到响度的 不连续。这一现象类似于视觉的停留现象。
等响曲线中每条曲线显示不同频率的声压 级不相同,但人耳感觉的响度相同。 由此可见（我的理解），响度级考虑的是 折算人耳的频率特性后的声压级。可以认 为“方”与dB的物理意义类似。
声音三要素
响度与持续时间的关系：响度除了与声压级、频率 等相关因素有关以外，还与声音的持续时间有关。 大量的测试结果表明：在100ms~200模式的持续时 间以内，声音的响度随持续时间的增大而增大。所 以，从某种程度上说，听觉是由记忆功能的。
除此之外，响度还与频率、波形、声音的 持续时间相关。 响度的频率特性：人耳对于不同频率声音 的响度感觉是不同的。也就是说，对于频 率不同，而强度相同的声音，人耳会感觉 到不同的响度。为了说明人耳的响度感觉， 定义了响度பைடு நூலகம்。响度级用来表示响度的大 小，其单位为“方”（phon），符号为LN。 定义一个声音的响度级在数值上等于和它 同样响的1KHz纯音的声压级。 由此，人们通常通过等响曲线来表示具有 相同响度级的纯音声压级随频率变化的特 性。可以看到，在不同的频率条件下，响 度相同的时候，需要的声压级是不一样的。
复音（是指由许多纯音组成的声音）的音调由复音中频率最低 的声音决定，即由基音决定。复音的声压级高低对于音调的影 响要比纯音小很多。 当声音持续时间在0.5s以下的时候，要比1s以上感到音调比较 低。持续时间再短，为10ms左右的时候，会使得听音人感觉 不出它的音调，只能听到“咔咔”的声音。
要想使人耳能够明确感觉出音调所必须的声音持续时间，随声 音的频率不同而不同。频率低的声音要比频率高的声音需要更 长的时间。
声学基础与常识
/
声音三要素
声学三要素：音调或者叫音高（对应频率）、音色（对应频谱）、响度（对应振幅）。任何复杂的声音都可以用此三 个属性来描述
音调：人耳对于声音高低的感觉，称为音调。音调主要与声音 的频率有关，同时也与声压级和声音的持续时间有关。音调会 随着频率的增大而提高，但不是与频率成完全的线性关系。 音调的单位为“美”（Mel），定义40dB@1KHz纯音的音调为 1000美。需要注意的是，影响音调的因素还有声音的声压级， 以及声音的持续时间。低频的纯音，声压级高的时候，要比声 压级低的时候搞到音调变低；频率在1KHz~5KHz之间的纯音， 音调几乎与声压级无关；频率再高的纯音，声压级升高时，会 感到音调变高。
民乐声源
粤胡 琵琶 三弦 扬琴 笙 笛子 唢呐
频率范围（基频）
390Hz~2.6KHz 108Hz~1KHz 87Hz~1.1KHz 146Hz~1.1KHz 217Hz~587Hz 217Hz~978Hz 195Hz~522Hz
音色：音色是指人们区别具有相同响度和音调的两个 声音的主管感觉。每个人都有自己的独有音色，不同 的乐器进行演奏的时候，人们也能区分出它们各自的 音色。人在讲话的时候，乐器在演奏的时候，都是复 音，是由基频与谐频组成的声音。两个音调相同的声 音，它们的基频是相同的，但是谐频的成分与大小可 能不同，从而使人们感到其音色不同。所以，音色主 要是由声音的频谱决定的。但是需要特别注意的是， 音色还与声音的强度、持续时间以及时间过程有关。
纯音的音调和频率的关系曲线
西洋乐器声源
小提琴 大提琴 低音提琴
小号 圆号 长号 高音萨克斯 低音萨克斯 钢琴
频率范围 （包括谐频） 196Hz~16KHz
65Hz~16KHz 41Hz~10KHz 180Hz~10KHz 90Hz~8KHz 80Hz~7KHz 200Hz~17KHz 58Hz~14KHz 27Hz~12KHz
声压级（SPL）
声波通过空气传播时，由于振动会导致压强的改变，压强改变量是随时间变化的，实测声压就是压强该变量的有效值， 单位是Pa或MPa。声压就是大气压受到扰动后产生的变化，相当于在大气压强上的叠加一个扰动引起的压强变化。由于 声压的测量比较容易实现，通过声压的测量也可以间接求得质点速度等其它物理量，所以声学中常用这个物理量来描述 声波。表示声压大小的指标称为声压级（SPL，sound pressure level），用某声音的声压（p）与基本声压值（p0）之比 的常用对数的20倍来表示，即20lgP/P0，单位为dB。